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7烧成与烧结

7.1烧成原理

为制定合理的煅烧工艺，就必须对物料在烧成时所发生的物理化学变化的类型和规律有
深入的了解。但是物料烧成时的变化较所用的原料单独加热时更为复杂，许多反应是同时进
行的。一般而言，物料的烧成变化首先取决于物料的化学组成，正确的说是物料中的矿物组
成。使用不同的地区的原料，即使物料的化学组成相同，也不能得到完全相同的烧成性质。
其次，物料的烧成变化在很大程度上还取决于物料中各组分的物理状态，即粉碎细度、混合
的均匀程度、物料的致密度等，因为物料的烧成是属于液相参与的烧结过程，因此物料的分
散性和各组分的接触的密切程度直接影响固相反应、液相的生成和晶体的形成。此外，烧成
温度、时间和气氛条件对物料的烧成变化影响也很大。要将这些复杂的因素在物料烧成过程
中的变化上反映出来是困难的。为研究方便本书以长石质陶瓷坯体为例进行讨论。
7.1.1陶瓷坯体在烧成过程中的物理化学变化

陶瓷坯体在烧成过程中一般经过低温阶段、氧化分解阶段和高温阶段。
1.低温阶段(由室温～300℃)
坯料在窑内进行烧成时，首先是排除在干燥过程中尚未除去的残余水分。这些残余水分
主要是吸附水和少量的游离水，其量约为2～5%。
随着水分排除固体颗粒紧密靠拢，发生少量的收缩。但这种收缩并不能完全填补水分所
遗留的空间，因此物料的强度和气孔率都相应的增加。
在120～140℃之前，由于坯体内颗粒间尚有一定的孔隙，水分可以自由排出，可以迅
速升温，随着温度进一步提高，坯体中毛细管逐渐变小，坯体内汽化加剧，使得开裂倾向增
大。例如，当加热至120℃时，一克水占有的水蒸气容积为：22.4×(1+120/273)/18=1.79(升)。
如果坯体中含有4～5%的游离水，则100克坯体的水蒸气体积达7.16--8.95升，相当于坯体
体积的155倍。这些水蒸气主要由坯体的边角部位排出。为了保证水分排出不致使坯体开裂，
在此阶段应注意均匀升温，速度要慢（大制品30℃/时，中小制品50～60℃/时），尤其是
厚度和形状复杂的坯体更应注意。此外，要求通风良好，以便使排出的水蒸气能迅速排出窑
外，避免冷聚在坯体表面。
2.分解与氧化阶段(300～950℃)
此阶段坯体内部发生了较复杂的物理化学变化，粘土和其它含水矿物排除结构水；碳酸
盐分解；有机物、碳素和硫化物被氧化，石英晶型转化等。这些变化与窑内温度气氛和升温
速度等因素有关。
（1）粘土和其它含水矿物排除结构水
粘土矿物因其类型不同、结晶完整程度不同、颗粒度不同、坯体厚度不同，脱水温度也
有所差别，见表11-1。
··加热——→·＋↑
Al2O32SiO22H2OAl2O32SiO22H2O
(高岭土)（偏高岭土）（水蒸气）
表11－1各类粘土矿物脱水温度单位：℃
吸热交换放热效应
原料排除吸附
排除结晶水晶格破坏新结晶物质形成重结晶
水
高岭土450～600950～10501200～1300

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吸热交换放热效应
原料排除吸附
排除结晶水晶格破坏新结晶物质形成重结晶
水
地开石500～700950～10501200～1300
珍珠陶土500～700950～10501200～1300
多水高岭土100～200450～600900～10001200～1300
蒙脱石100～200600～750800～900900～1000
叶腊石600～7508701120～1150
伊利石100～200400～600800～900900～1000
绢云母600～800

粘土矿物脱去结构水与升温速度有关。升温速度加快，结构水的排除转向高温，且排出
集中。结晶不良的矿物脱水温度较低。高岭石类矿物含结构水较多，在500～650℃之间集
中排出，而蒙脱石和伊利石类粘土结构水量较少，脱水速度较为缓和。
粘土类矿物在集中排除结构水后，残存部分结构水要在更高的温度下才能排除，甚至持
续到1100℃才能完全排除干净。产生这种现象的主要原因是：①这一部分水的（OH）根与
粘土结合较紧密；②加热时，排出的结构水部分地被吸附在坯体空隙中。
粘土脱水后，继而晶体结构被破坏，失去可塑性。
（2）碳酸盐分解
——→↑500～800℃
MgCO3MgO+CO2
——→↑800～1050℃
CaCO3CaO+CO2
·——→↑650～1000℃
MgCO3CaCO3CaO+MgO+2CO2
——→↑800～1000℃
4FeCO32Fe2O3+3CO2
碳酸盐的结晶程度，升温速度和气氛都会影响碳酸盐的分解温度。
（3）有机物、碳素和硫化物的氧化
可塑性粘土，如紫木节土、黑碱石、黑泥等都含有大量的有机物和碳素，同时在烧成的
低温阶段，烟气中的CO被分解，析出的碳素被多孔的坯体所吸附，这些物质加热时都要被
氧化，反应将持续至1000℃。
C+